Tritiumlabor Karlsruhe (TLK)

Astroteilchenphysik mit Tritium

Gesetzt den Fall, dass der Wert der Neutrinomasse geringer ist als die Sensitivität des KATRIN-Experiments, so werden in der Zukunft noch weitaus komplizierte Experimente notwendig, um das Rätsel der Neutrinomasse letztendlich lösen zu können. Hierbei müssen fundamental neue Technologien eingesetzt werden, die sowohl die Art der Messung als auch die Art der Quelle betreffen. Eine Schritt wäre hierbei eine atomare (T) statt eine molekulare (T2) Tritiumquelle einzusetzen. Die Herausforderung ist atomares Tritium in großem Maßstab zu erzeugen, kühlen und rekomibationsfrei zu speichern (z.B. Project8). Das Tritiumlabor bietet auf Grund seiner Erfahrung mit dem Betrieb der KATRIN Quelle und den Möglichkeiten, die der geschlossene Tritiumkreislauf bietet, ideale Bedingungen für solche Entwicklungsarbeiten.

Tritium ist nicht nur der Schlüssel für den Zugang zu einer direkten Messung der Neutrinomasse, sondern ebenfalls zu weiteren fundamentalen Fragen der Astroteilchenphysik. 

Sterile Neutrino sind ein Kandidat für sogenannte Warme Dunkle Materie. Falls diese bisher hypothetischen Teilchen existieren, so würden sie eine bestimmte Signatur bei ihrer charakteristischen Masse im Tritium-Beta-Spektrum hinterlassen. Um diese Signaturen aufzuspüren, werden Experimente benötigt, die ähnlich wie KATRIN das Spektrum vermessen. Allerdings sind die Systematiken und Herausforderungen andere.
Um diesen zu begegnen werden am Tritiumlabor in Zusammearbeit im Partnern neue Technologien entwickelt. 

Der ultimative Durchbruch in der Astroteilchenphysik wäre ein direkter Nachweis von (Relic-)Neutrinos, die eine Sekunde nach dem Urknall entstanden sind und deren Dichte heute ca. 300 pro cm3 beträgt. Hierbei könnte wiederum Tritium eine Schlüsselrolle zuteil werden. Relic-Neutrinos könnten im Tritiumkern eingefangen werden und dann ein monoenergetisches Elektron mit einer Energie erzeugen, die knapp oberhalb des Beta-Spektrums liegt. Die Herausforderung liegt zum einen in der notwendigen Energieauflösung, um diese seltenen Ereignisse nachzuweisen, und zum anderen in der große Menge an Tritium (~100 g) die hierbei zum Einsatz kommen muss (z.B. Ptolemy). Die sich diesen anspruchsvollen Herausforderungen zu stellen können, sind die Erfahrungen und Möglichkeiten des Tritiumlabors unverzichtbar.